エンジン開発動向について...(Airbus A320 series) PW1100G-JM (Airbus A320neo) GE9X (Boeing 777X) Passport 20 (Bombardier Global7000 /8000) 民間エンジン市場と IHI

エンジン開発動向について

Copyright © 2017 IHI Corporation All Rights Reserved.

航空科学技術委員会（第54回）資料

2017年05月15日

航空・宇宙・防衛事業領域技術開発センター

今成邦之

資料54 - 4 - 2

1. ＩＨＩと航空エンジン事業

2. 航空エンジン産業の動向と構造材料／ものづくり技術

3. 技術開発サプライチェーン

目次

Copyright © 2017 IHI Corporation All Rights Reserved. 2

1. IHIと航空エンジン事業



IHIの事業領域と製品例

4

売上規模は約１兆5000億円(2015.4-2016.3)

・航空エンジン

・航空管制システム

・ロケットシステム・宇宙利用

・圧縮機

・最先端ターボ機械

・車両用過給機

・製鉄用工業炉

・運搬機械他

・ボイラ

・環境対応システム

・プロセスプラント

・LNG受入基地・貯蔵タンク

・原子力他

・橋梁

・水門

・鉄構

・シールド

・海洋構造物他

©JAXA

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

1955 1965 1975 1985 1995 2005

民間機エンジン

防衛省向け航空機エンジン

2015

売上高

（億円）

ＩＨＩ航空エンジン事業の推移

5 Copyright © 2017 IHI Corporation All Rights Reserved.


民間エンジンのあゆみ

6

1980 2020

CF34-10

V2500-A1/A5/D5

CF34-8

CRJ900

EMBRAER170

CRJ700

B777

STOL(ASUKA)

A319/A320/A321/MD90

Trent700/800

Trent500

A340

ARJ21

GEnx

B787

2000 2010 1990

EMBRAER190

FJR710

GE90-85B GE90-115B

Photo： AIRBUS,BOEING, ANA, Bombardier, Embraer,GE, JAEC,JAL,RR

A320NEO

PW1100G-JM

Global7000 and Global8000

Passport20

©JAXA

GE9X

B777X

GEnx

(Boeing 787)

GE90

(Boeing 777)

V2500

(Airbus A320 series)

PW1100G-JM (Airbus A320neo)

GE9X

(Boeing 777X)

Passport 20

(Bombardier

Global7000

/8000)

民間エンジン市場とIHI参加プログラム

CF34

(Bombardier

Embraer RJ)

Source: Japan Aircraft Development Corporation

Current In 20 years

Annual growth of 5%

Source: GE, JAEC

・航空輸送市場は年率４－５％の高成長が予測されている。

・各クラスの新規需要（特に次世代機開発）への対応が今後の事業成長の鍵


高付加価値産業

・重量当り単価が高く，

高付加価値の研究開発集約型産業

高い技術波及効果

・高度技術を先導的に実用化することに

よる他産業への技術波及効果

安全保障上との関連

・国内での生産基盤，自主開発力の必要性

すそ野の広い産業

・部品点数が多く、裾野の広い産業

共同開発参入には特定技術分野で世界No.1,No.2が求められる高度技術産業

－リスク低減のための国際共同開発・技術による合従連衡(Best of the Best)

－開発リスク・事業リスクが極めて大きい・莫大な開発費／長期の開発・資金回収期間

各製品の単位重量当たり価格

（航空エンジン＝高付加価値製品）

航空エンジン事業の特徴

航空機エンジン事業の特徴

航空機産業の特徴

8

－広い作動範囲での高い信頼性が必要・高度は海抜ゼロから１万メートル超まで・極地，熱帯，砂漠，高地での離着陸


2. 航空エンジン開発の動向日本が強い構造材料技術にフォーカスして


航空エンジン開発の動向

前述したように航空輸送需要は今後も長期的に年率４～５％の成長が見込まれる。一方，CO2他の規制強化，空港の離発着枠制限，財務基盤の弱い格安航空会社（LCC）数の増大等の課題がある。これら課題を解決するため，エンジンシステムは以下の方向で進化していくと予想される。

１，燃料消費量の低減

２，大推力化

３，運用ライフサイクルコストの低減

本日は上記１項に焦点を絞って説明を行う


燃料消費量の低減（改善）動向

更なる改善へ！

燃料消費率(SFC)は，過去６０年間で約半減と大きく改善


総合効率/SFC （η th×η p）

熱効

率

（η

th）

推進効率（η p）

B-787

Quoted From A.Epstein, AIAA

Executive Symposium (2011)

燃料消費量の低減高バイパス比化と高温高圧化

高圧

・高温

化

ターボジェット

低バイパス比高バイパス比

超高バイパス比

ファン径大型化・高バイパス比化

出典：「タービン・エンジン」日本航空技術協会


推進効率アップ：ファン径大型化・高バイパス比化

ファン径大バイパス比低ファン圧力比高

バイパス比高ファン圧力比低

低圧系（ファン，LPT）の重量増により，燃料消費悪化

・ファン部への軽量複合材の採用・低圧タービンへの軽量材の適用

騒音レベル低減

騒音レベル燃料消費量

燃料消費量改善

改善

低圧系モジュールにおける軽量化技術が鍵 ⇒ 炭素繊維複合材（CFRP），セラミック基複合材 (CMC)，金属間化合物TiAl


炭素繊維複合材（CFRP）技術：製品化実績

複合材ファンケース

独自高耐衝撃性複合材ワインデｨング成形

MRJ/CSeriesに続き、PW1100G-JMにも適用拡大

複合材ファン静翼SGV （Structural Guide Vane)

荷重を受け持つ構造静翼の複合材化は世界初

独自熱可塑複合材による低コスト成形

独自開発・国産素材・製造法スペックで型式承認取得し，ルフトハンザで運行開始

チタン合金→複合材採用により大幅な軽量化を達成。バイパス比５から１２への大幅アップし，燃料消費量15%改善に貢献

エンジンカット図：「提供：（一財）日本航空機エンジン協会」


CFRP技術：日本の競争優位性

数十分

熱硬化性樹脂プリプレグ

熱可塑性樹脂プリプレグ

積層

自動

プレスによる成型

自動

部品完成

部品完成

数時間

プリプレグから部品完成までの時間を1/10以下に短縮

積層・成型

手作業：長時間

オートクレーブによる硬化

自動：長時間

積層プレス

数十分

熱硬化性樹脂プリプレグ

熱可塑性樹脂プリプレグ

積層

自動

プレスによる成型

自動

部品完成

部品完成

数時間

プリプレグから部品完成までの時間を1/10以下に短縮

積層・成型

手作業：長時間

オートクレーブによる硬化

自動：長時間

積層プレス

熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の耐衝撃性の比較

プリプレグから部品完成までの熱硬化性樹脂と

熱可塑性樹脂の工程の比較（例）

熱可塑性樹脂

熱硬化性樹脂

2.1倍

耐衝撃性：比エネルギー吸収量（熱硬化性樹脂を１とする）

大小

熱可塑性樹脂

熱硬化性樹脂

2.1倍

耐衝撃性：比エネルギー吸収量（熱硬化性樹脂を１とする）

大小

航空エンジン部品開発の実績から，熱硬化と熱可塑性樹脂／FRPを比較すると， • 素材としての耐衝撃性ポテンシャルは熱可塑樹脂が優位 • 枚数の多い翼部品では，短時間で成形可能な熱可塑性CFRPがコスト優位


approx. 90 % melting

point of SC

air melting

2010 1950 1960 1970 1980 1990 2000 1940

1300

1200

1100

1000

900

800

X-40 (Co based alloy）

SB16 (Co based alloy）

M252

U500 Rene'77

Rene'80

B1900

IN100

Mar-M246

Mar-M200

Mar-M247LC

Mar-M200+Hf

CM186LC

Rene'142 Rene'-N4

CMSX®-2

PWA1480

CMSX®-10

PWA1484 CMSX-4®

Rene'-N5

Rene'-N6

耐

熱性

指標

ク

リー

プ温

度 (℃

)

TMS®-138

セラミックス複合材

（CMC）

TMS®-162

大気溶解

鋳造合金

真空溶解

鍛造合金

普通鋳造

一方向凝固合金

単結晶合金

CMSX:ｷｬﾉﾝﾏｽｹｺﾞﾝ社登録商標、TMS:(独）物質材料研究機構登録商標、

タービン動翼耐熱材料の変遷

熱効率アップ：高圧・高温化（特に高温化）

年

16

超合金の高温化は限界に達しつつある。更なるタービン高温化のためには、セラミック基複合材 (CMC)へのパラダイムシフトが必要


Cross section drawing for demo

engine (1.5 MW industrial GT)

CMC中空静翼

社有のガスタービンにてエンジン環境での搭載評価に成功

• 中空静翼( 2011年に実施 )

複雑織物構造 (中空)

1050℃， 400 hrs の耐久性確認

• 中実静翼(2015年に実施 )

3次元織物の折り曲げ構造 (中実)

700℃， 800 hrs の耐久性確認

CMC中実静翼

搭載前の組み付け状態

( CMC翼は3連翼×2箇所の計6枚を搭載）

800Hrの試験後外観

（損傷なし）

(METI ;2008 – 2012 *NEDO ;2013 – 2015)

Metal nozzle (cooling)

CMC nozzle (without

cooling)

CMCタービン部品の技術開発実績（IHI）

18

・急加速・減速運転のない小型GTで

エンジン実証試験を実施（一定の成果）

・欧米を認めさせるには航空エンジンによる実証が必要


3. 技術開発バリューチェーン


技術開発バリューチェーン

技術開発には、基盤研究フェーズ、実証フェーズ、開発フェーズがあり、そのバリューチェーンとしては以下が挙げられる

＜基盤研究フェーズ＞

新技術について、機能・性能、耐久性、コスト面で、お客様に対し、従来を超える価値を提供できるかどうかをラボレベルで検討、評価するフェーズ。価値を向上するために産学官で知恵出しすることで加速できることが可能

＜実証フェーズ＞

新技術を技術実証エンジン等、実環境を模擬する環境で試験を行い、機能・性能、耐久性を実証するフェーズ。加えて、製造実証設備を導入し、実用に耐える品質、コスト、納期を確保できるものづくりを実現できるかどうかを検討、評価するフェーズ

＜開発フェーズ＞

航空エンジンにおいてはパートナー企業と製品の国際共同開発を行うフェーズ

20


部品試験設計・解析法

ＣＭＣ製造法

基盤フェーズ

実証フェーズ

開発フェーズ

国際共同開発

構造材料の技術開発における産・学・官連携 CMCの例

プリフォーム

エンジンによる技術実証試験

非破壊検査法

機械加工法

繊維

コーティング

材料・部品試験法

大学、国研

ＩＨＩ

宇部興産シキボウ

• 製品適用を見据えつつも，基礎に立ち返るテーマ設定

• 産学官，各々の強みを持ち寄った連携

21

METI委託研究成果


技術開発バリューチェーン

現状認識と今後の課題を以下に整理した

開発フェーズについては、経産省殿の施策等もあり、うまく回っている。

基盤研究フェーズについては、文科省／ＪＡＸＡ殿のaFJRプログラム、経産省／NEDO殿、

内閣府殿等の産学官連携強化の施策により、基礎研究⇔技術開発の双方向コミュニケーションが活発化し、複合材料を代表選手として、世界的に競争力のある技術を生み出しつつある。

⇒JAXA航空殿の次期プログラム（aFJR後継プログラム）の立ち上げを含め、今後も

産学官で連携して技術開発を進めていきたい

＜残された課題＞

航空エンジンに適用する新技術を実機に適用するためには、エンジンに組み込んで試験実証する必要がある。国際共同開発の大手パートナーが所有するエンジンで技術実証を実施した場合、日本国発の新技術でも、その知財権には使用制限がかかり囲い込まれる

⇒対策は技術実証エンジンの導入、それを活用した新技術のエンジン実証試験

⇒文科省／ＪＡＸＡ殿の努力により、ＪＡＸＡ殿への防衛省Ｆ７エンジン導入が進行中

⇒次のエンジン開発は2020年頃から本格化すると予想。遅くとも2020年度中には、新技術をF7技術実証エンジンで試験実証することが必要。エンジン整備が急務である。

22


ＣＭＣ高圧タービン部品の製品化については、以下の計画で進行中である。

ＮＥＤＯプロにおいて、2017年度にSA繊維の強度改良（宇部興産），織物試作を可能（シキボウ），マトリクス・耐環境コーティングの耐熱性向上（IHI）を達成する。

内閣府ＳＩＰ革新構造材料研究において、2018年度までに1400℃級耐環境コーティング（EBC)を開発する

ＮＥＤＯプロにおいて、2018～2019年度で，材料データ取得，および部品試作・評価を行なう

2020年度までに，上記で開発した技術を用いて部品施策を行い、JAXA殿に納入予定の国産F7エンジンにて，技術実証試験を行う。

⇒Ｆ７エンジンでの技術実証後、欧米OEMへ技術提案し，実機製品化の開発へつなげる

23

CMC高圧タービン部品の適用計画


ご清聴ありがとうございました

Documents

エンジン開発動向について...(Airbus A320 series) PW1100G-JM (Airbus A320neo) GE9X (Boeing 777X) Passport 20 (Bombardier Global7000 /8000) 民間エンジン市場と IHI